[发明专利]一种基于积分分离结构的快速启动数字电源

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域中的数字电源，尤其涉及一种基于积分分离结构的快速启动数字电源。

背景技术

随着电子信息产业的飞速发展，数字电源系统作为信息系统的基础设备，其性能的优劣直接影响到整个信息系统，数字电源具有高可靠性、高集成度、设计灵活、性能可优化等特点，在开关电源领域中性能高于模拟开关电源，并在电子设备供电系统得到广泛应用，但是数字电源中存在数据的采样、量化、数据处理等步骤，造成环路时延，影响数字电源的稳定性和响应速度。数字电源中常用的补偿控制方法是经典PID控制，经典PID控制是最为常用的控制方式，其具有直观、实现简单、鲁棒性能好等一系列优点，在控制领域得到广泛应用，但是PID控制中积分环节的目的主要是消除静差，提高精度，在电源的启动时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分累积，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产中是绝对不允许的。如果数字电源启动的过程中启动时间和超调量比较大，未能满足数字电源的高速启动，则不能应用在需要快速响应的供电系统中。

发明内容

发明目的：为了减小数字电源启动过程中的启动时间和超调量，满足数字电源启动速度的提高，本发明提供了一种基于积分分离结构的快速启动数字电源，在经典PID控制的基础上增加PD控制以及判决单元，通过判决单元判断数字电源输出值与基准值偏差较大时，采用PD控制，避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应，当输出值与基准值偏差较小时，采用PID控制，以保证系统的控制精度，这样使数字电源的启动加快。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于积分分离结构的快速启动数字电源，包括功率级单元、模数转换器单元、判决单元、补偿控制单元和数字脉宽调制单元，判决单元包括绝对值运算模块、阈值比较模块和逻辑选择模块，补偿控制单元包括PID控制器和PD控制器；功率级单元的输出电压V_out和基准电压V_ref做差后得到偏差信号e(t)，偏差信号e(t)经过模数转换器单元得到数字量e(k)，判决单元对数字量e(k)取绝对值后进行阈值比较：若大于阈值，则将数字量e(k)输入PD控制器；若小于等于阈值，则将数字量e(k)输入PID控制器；补偿控制单元对数字量e(k)进行调节，实现对数字电源的延时补偿，输出占空比值d(k)；数字脉宽调制单元将占空比值d(k)转换成占空比波形信号d(t)，并将占空比波形信号d(t)反馈给功率级单元的开关管控制端，控制开关管的导通与关断：当占空比波形信号d(t)为高电平时，开关管导通，输入电压V_in对电容C充电，输出电压V_out增加；当占空比波形信号d(t)为低电平时，开关管关断，电容C放电，输出电压V_out减小。

所述补偿控制单元包括PID控制器和PD控制器，控制器的输入端都连接判决单元的输出端，两个控制器的输出端都连接数字脉宽调制单元的输入端，补偿控制单元采用积分分离结构，即在经典PID控制器的基础上增加PD控制器，使补偿控制单元由PID控制器和PD控制器两部分组成，通过判决单元的判决条件选择将数字量e(k)输入给PID控制器或PD控制器，实现积分分离控制。

优选的，所述功率级单元包括输入电压V_in、PMOS管MP、NMOS管MN、电感L、电容C和输出负载R，PMOS管MP的源极和衬底与输入电压V_in的正端相连，PMOS管MP的漏极与NMOS管MN的漏极以及电感L的一端相连，电感L的另一端与电容C的一端以及输出负载R的一端相连，输入电压V_in的负端与NMOS管MN的源极和衬底、电容C的另一端以及输出负载R的另一端相连并接地，PMOS管MP和NMOS管MN组合成为开关管，PMOS管MP的栅极和NMOS管MN的栅极相连后作为开关管控制端。

优选的，所述补偿控制单元中，PID控制器和PD控制器的比例系数相同，PID控制器和PD控制器的微分系数相同。

有益效果：本发明提供的基于积分分离结构的快速启动数字电源，在数字电源启动过程中，通过判决单元选择PD控制或PID控制，实现积分分离控制，提高了数字电源的启动速度，减少了超调量，降低了启动时间。

附图说明

图1为本发明的数字电源的整体结构框图；

图2为本发明的数字电源的信号流程图；